Schneller, billiger und viel sauberer
Eine Untersuchung von von Frank Wouters, MSc, und Prof. Dr. Ad van Wijk, für Dii Desert Energy – die weltweit erste Organisation für Energie aus der Wüste
Zusammenfassung
Um die globale Erwärmung auf unter 1,5 °C zu begrenzen, müssen unsere Energiesysteme bis spätestens 2050 kohlenstoffemissionsfrei sein, und viele Länder haben sich dazu verpflichtet. Für eine fiktive Wirtschaft namens Utopia wurde ein Modell auf hohem Niveau erstellt, um drei Wege zu einer kohlenstofffreien Wirtschaft bis 2050 zu bewerten: einen allmählichen (linearen) Ersatz fossiler Brennstoffe durch saubere Energie, einen beschleunigten Weg, der bis 2035 zu einem kohlenstofffreien System führt, und einen verzögerten Weg, bei dem der Ersatz erst ab 2035 erfolgt. Das Modell liefert sehr klare Ergebnisse.
Faster, cheaper and cleaner – Dii-Broschüre – Titelbild – © Wouters und van Wijk
Der beschleunigte Weg ist nicht nur 21 % billiger als ein schrittweiser Ausstieg aus fossilen Brennstoffen, mit kumulierten Einsparungen von 3,7 Billionen Euro über einen Zeitraum von 30 Jahren, sondern auch ein Gewinn für das Klima, da die Emissionen im gleichen Zeitraum von 32,7 GT auf 13,1 GT sinken. Am anderen Ende des Spektrums ist der verzögerte Übergang um 20 % teurer als der schrittweise Übergang und um satte 7,08 Billionen Euro teurer als der beschleunigte Pfad, bei viermal höheren CO2-Emissionen.
Es sei darauf hingewiesen, dass der Hauptfaktor für die Kostenunterschiede zwischen den drei Pfaden der Kohlenstoffpreis ist.
Wird das Modell ohne einen Kohlenstoffpreis durchgeführt, ergeben sich für die drei Pfade gleiche Gesamtkosten. Natürlich sind die CO2-Emissionen auf dem beschleunigten Pfad viel niedriger als auf dem schrittweisen oder verzögerten Pfad, was an sich schon ein Anreiz sein sollte.
Einleitung
Der moderne Energiesektor war schon immer eine wichtige Quelle von Treibhausgasemissionen, aber in den vergagenen Jahren wurden saubere Energielösungen entwickelt, die das schnell ändern. Mit zunehmender Verbreitung, Skaleneffekten und immer höheren Wirkungsgraden ist moderner Strom aus erneuerbaren Energien heute im Durchschnitt billiger als konventioneller Strom aus fossilen Energieträgern und verdrängt schnell Kohle-, Erdgas- und Ölkraftwerke in der ganzen Welt. Strom aus erneuerbaren Energien kann direkt genutzt oder zur Herstellung sauberer Moleküle wie Wasserstoff oder Ammoniak verwendet werden und ist in der Lage, alle fossilen Brennstoffe vollständig zu ersetzen, auch in nicht-elektrischen Bereichen. Die Verwirklichung des Pariser Abkommens setzt ein kohlenstofffreies Energiesystem spätestens bis 2050 voraus.
In diesem Papier werden drei globale, hochrangige Wege zu diesem Ziel verglichen und das Verhältnis zwischen der Geschwindigkeit des Übergangs und den Gesamtkosten und CO2-Emissionen quantifiziert.
Utopie
Um die verschiedenen Pfade zu bewerten, wurde „Utopia“ erdacht, eine fiktive, entwickelte Wirtschaft mit mehreren hundert Millionen Einwohnern in einem gemäßigten Klima mit guten erneuerbaren Energieressourcen. Die Menschen in Utopia fahren Auto, heizen und kühlen ihre Häuser und haben mehrere Industrien entwickelt, die auf Stahl und anderen Bergbauprodukten basieren. Sie bauen auch ihre eigenen Nahrungsmittel an und produzieren dafür Düngemittel. Der derzeitige Endenergiebedarf beläuft sich auf 10.000 TWh pro Jahr und besteht zu 20 % aus Strom, zu 80 % aus Erdgas zum Heizen und für die Düngemittelproduktion, aus Kohle für die Stromerzeugung und die Stahlherstellung sowie aus Diesel für den Verkehr. Utopia verfügt über eine gut ausgebaute Energieinfrastruktur für Strom und Erdgas. In den letzten Jahren haben die Utopier eine ehrgeizige Ökostrom-Strategie verfolgt, und die Hälfte des Stroms in Utopia wird nun durch Wind- und Sonnenenergie erzeugt. Utopia ist Unterzeichner des Pariser Abkommens und strebt eine vollständige Dekarbonisierung seiner Wirtschaft bis 2050 an. In vielerlei Hinsicht ähnelt Utopia Europa. Der derzeitige jährliche Endenergieverbrauch von 10.000 TWh wird sich voraussichtlich nicht ändern, da die Energieeffizienzmaßnahmen mit dem Nachfragewachstum Schritt halten. Die Least-Cost-Expansionsmodelle von Utopia zeigen, dass die Direktelektrifizierung um das 2,5-fache ansteigen sollte, um bis 2050 50 % der gesamten Endenergie zu decken, was in etwa mit den globalen Bewertungen der IEA und IRENA übereinstimmt. Für die verbleibenden 50 % des Endenergiebedarfs wird Utopia grünen Wasserstoff verwenden, da die Modelle zeigen, dass das bestehende Gaspipeline- und -speichersystem genutzt werden kann, was Wasserstoff zur billigsten Lösung macht. Wasserstoff wird zusätzlich zur Elektromobilität als Verkehrskraftstoff, zur Erzeugung von Hochtemperaturwärme, zur Herstellung von Stahl, Düngemitteln und Chemikalien, zur Kraft-Wärme-Kopplung und zum Ausgleich von Stromangebot und -nachfrage eingesetzt werden.
Modell und Pfade
Für das Energiesystem von Utopia wurde ein umfassendes Kostenmodell erstellt. Die Werte für Solarenergie, Windkraft und grünen Wasserstoff und ihre Entwicklung im Laufe der Zeit wurden der neuesten Version 14.0 der Energiekostenanalyse von Lazard und der IEA entnommen, während für die Kosten für konventionelle Energie und Brennstoffe andere Quellen verwendet wurden. Es wird angenommen, dass die Kosten für fossile Brennstoffe bis 2050 konstant bleiben, denn offen gesagt, weiß das niemand wirklich. Als eines der wichtigsten politischen Instrumente zur Förderung der Energiewende hat Utopia jedoch einen Preismechanismus für CO2 eingeführt, der bis 2025 bei 46 Euro/Tonne liegt, zwischen 2025 und 2030 bei 92 €/t und danach bei 138 €/t. Neben den Erzeugungskosten wurden auch die Kosten für den Ausbau des Stromnetzes sowie für zusätzliche Speicher und Flexibilität berücksichtigt. Utopia verfügt über eine gut entwickelte Infrastruktur für fossile Brennstoffe, und Wasserstoff kann das Gasnetz, die Infrastruktur für die Erdgasspeicherung und das Brennstoffverteilungssystem ohne oder nur mit geringen zusätzlichen Kosten im Vergleich zur derzeitigen Situation nutzen.
Anhand der oben genannten Parameter wurden drei globale Entwicklungspfade berechnet und verglichen: ein allmählicher Entwicklungspfad, bei dem Solar-, Wind- und Wasserstoffanlagen linear wachsen und fossile Brennstoffe sowohl bei der Stromerzeugung als auch im Verkehr und in der Industrie bis 2050 allmählich ersetzen, ein beschleunigter Wachstumspfad, bei dem Solar-, Wind- und Wasserstoffanlagen fossile Brennstoffe bis 2035 ersetzen, und schließlich ein verzögerter Wachstumspfad, bei dem grüne Energie fossile Brennstoffe erst nach 2035 ersetzt. Die jährlichen Gesamtkosten wurden berechnet und über den Zeitraum 2020-2050 aggregiert, wobei eine Inflationsrate von 2 % berücksichtigt wurde.
Schlussfolgerung
Wie aus den Modellierungsergebnissen hervorgeht, gibt es beim Vergleich der drei Übergangspfade für Utopia einen klaren Gewinner. Der beschleunigte Pfad ist nicht nur 21 % billiger als ein schrittweiser Ausstieg aus fossilen Brennstoffen, mit kumulierten Einsparungen von 3,7 Billionen Euro über einen Zeitraum von 30 Jahren, sondern auch ein Gewinn für das Klima, da die Emissionen im gleichen Zeitraum von 32,7 GT auf 13,1 GT sinken. Am anderen Ende des Spektrums ist der verzögerte Übergang um 20 % teurer als der schrittweise Übergang und um satte 7,08 Billionen Euro teurer als der beschleunigte Pfad, bei viermal höheren CO2-Emissionen.
Es sei darauf hingewiesen, dass der Hauptgrund für die Kostenunterschiede zwischen den drei Pfaden der Kohlenstoffpreis ist. Wird das Modell ohne einen Kohlenstoffpreis durchgeführt, ergeben sich für die drei Pfade gleiche Gesamtkosten. Natürlich sind die CO2-Emissionen auf dem beschleunigten Pfad viel niedriger als auf dem schrittweisen oder verzögerten Pfad, was an sich schon ein Anreiz sein sollte.
Veränderungen sind schwierig, und der beschleunigte Pfad bringt in einem sehr kurzen Zeitraum eine Menge Veränderungen mit sich. Viele Menschen und Organisationen werden mit Sicherheit versuchen, den Wandel zu bremsen, wie wir in den letzten Jahrzehnten gesehen haben. Wir sollten uns auch darüber im Klaren sein, dass eine solche tektonische Verschiebung in einem komprimierten Zeitrahmen sicherlich nicht nur Gewinner hervorbringen wird, und viele Vermögenswerte werden in den Ruhestand gehen müssen, bevor ihr wirtschaftliches Leben beendet ist. Viele Arbeitsplätze werden verloren gehen, auch wenn neue geschaffen werden, und es wird nicht einfach sein, alle Arbeitskräfte in die neuen Bereiche umzulenken. Aber die Botschaft ist klar: Ein schnellerer Übergang ist besser und sauberer. Und wenn bestimmte Argumente für eine Verlangsamung des Übergangs vorgebracht werden, sollten wir uns fragen, zu welchem Preis wir bereit sind, dies zu akzeptieren.